android的消息处理机制——Looper，Handler，Message

这篇文章有一半是copy别人的，站在巨人的肩膀上，我们才能看得更高更远......

  在开始讨论android的消息处理机制前，先来谈谈一些基本相关的术语。

  通信的同步（Synchronous）：指向客户端发送请求后，必须要在服务端有回应后客户端才继续发送其它的请求，所以这时所有请求将会在服务端得到同步，直到服务端返回请求。

  通信的异步（Asynchronous）：指客户端在发送请求后，不必等待服务端的回应就可以发送下一个请求。

  所谓同步调用，就是在一个函数或方法调用时，没有得到结果之前，该调用就不返回，直到返回结果。异步调用和同步是相对的，在一个异步调用发起后，被调用者立即返回给调用者，但是调用者不能立刻得到结果，被调用都在实际处理这个调用的请求完成后，通过状态、通知或回调等方式来通知调用者请求处理的结果。

  android的消息处理有三个核心类：Looper,Handler和Message。其实还有一Message Queue（消息队列），但是MQ被封装到Looper里面了，我们不会直接与MQ打交道，所以它不算是个核心类。

 

       handler机制原理

在安卓中有4大组件:activity,service,contentprovider,broadcastreceiver,这4大组件都运行在主线,谷歌官方规定,安卓不能再主线程做耗时操作,负责会造成ANR,为了避免这种情况的出现,必须开线程处理耗时操作,但是安卓规定,子线程不能更新UI,所以安卓引入了Handler机制,

(因为安卓中的UI控件不是线程安全的,如果在多线程中,并发访问可能会导致UI控件处于不可预期的状态,(为啥系统不对UI控件的访问加锁机制,缺点有两个1:加上锁机制会让UI访问的逻辑变的复杂,其次锁机制会降低UI访问的效率,因为锁机制会阻塞某些线程的执行,最简单最高效就是采用单线程来处理,对于我们来说也不是很麻烦,只需要通过Handler切换一下UI访问的执行线程即可))

      Handler主要用于线程间的通信。

      一个Handler允许发送和处理Message和Runable对象，UI主线程会自动分配一个Looper（消息轮询器），每个Looper中封装着MessageQueue（消息队列），遵循先进先出原则。

      Looper负责不断的从自己的消息队列里取出队头的任务或消息执行。

      一般是在子线程执行完耗时操作之后，通过Handler的sendMessage或post方法将Message和Runable对象传递给MessageQueue，而且在这些对象离开MessageQueue时，Handler负责执行他们（用到handleMessage方法，主要执行刷新UI的代码）。 
      其中Message类就是定义了一个信息，这个信息中包含一个描述符和任意的数据对象，这个信息被用来传递给Handler.Message对象提供额外的两个int域和一个Object域。

1. 消息类：Message类

 android.os.Message的主要功能是进行消息的封装，同时可以指定消息的操作形式，Message类定义的变量和常用方法如下：

（1）public int what：变量，用于定义此Message属于何种操作

（2）public Object obj：变量，用于定义此Message传递的信息数据，通过它传递信息

（3）public int arg1：变量，传递一些整型数据时使用

（4）public int arg2：变量，传递一些整型数据时使用

（5）public Handler getTarget()：普通方法，取得操作此消息的Handler对象。 

  在整个消息处理机制中，message又叫task，封装了任务携带的信息和处理该任务的handler。message的用法比较简单，但是有这么几点需要注意：

（1）尽管Message有public的默认构造方法，但是你应该通过Message.obtain()来从消息池中获得空消息对象，以节省资源。

（2）如果你的message只需要携带简单的int信息，请优先使用Message.arg1和Message.arg2来传递信息，这比用Bundle更省内存

（3）擅用message.what来标识信息，以便用不同方式处理message。

 

2. 消息通道：Looper

  在使用Handler处理Message时，需要Looper（通道）来完成。在一个Activity中，系统会自动帮用户启动Looper对象，而在一个用户自定义的类中，则需要用户手工调用Looper类中的方法，然后才可以正常启动Looper对象。Looper的字面意思是“循环者”，它被设计用来使一个普通线程变成Looper线程。所谓Looper线程就是循环工作的线程。在程序开发中（尤其是GUI开发中），我们经常会需要一个线程不断循环，一旦有新任务则执行，执行完继续等待下一个任务，这就是Looper线程。使用Looper类创建Looper线程很简单：

public class LooperThread extends Thread {    @Override    public void run() {        // 将当前线程初始化为Looper线程        Looper.prepare();                // ...其他处理，如实例化handler                // 开始循环处理消息队列        Looper.loop();    }}

通过上面两行核心代码，你的线程就升级为Looper线程了！那么这两行代码都做了些什么呢？

1)Looper.prepare()

 

  通过上图可以看到，现在你的线程中有一个Looper对象，它的内部维护了一个消息队列MQ。注意，一个Thread只能有一个Looper对象，为什么呢？来看一下源码

 public class Looper {    // 每个线程中的Looper对象其实是一个ThreadLocal，即线程本地存储(TLS)对象    private static final ThreadLocal sThreadLocal = new ThreadLocal();    // Looper内的消息队列    final MessageQueue mQueue;    // 当前线程    Thread mThread;    //其他属性    // 每个Looper对象中有它的消息队列，和它所属的线程    private Looper() {        mQueue = new MessageQueue();        mRun = true;        mThread = Thread.currentThread();    }    // 我们调用该方法会在调用线程的TLS中创建Looper对象    public static final void prepare() {        if (sThreadLocal.get() != null) {            // 试图在有Looper的线程中再次创建Looper将抛出异常            throw new RuntimeException("Only one Looper may be created per thread");        }        sThreadLocal.set(new Looper());    }    // 其他方法}

  prepare()背后的工作方式一目了然，其核心就是将looper对象定义为ThreadLocal。

 

2）Looper.loop()

  调用loop方法后，Looper线程就开始真正工作了，它不断从自己的MQ中取出队头的消息(也叫任务)执行。其源码分析如下：

  public static final void loop() {        Looper me = myLooper();  //得到当前线程Looper        MessageQueue queue = me.mQueue;  //得到当前looper的MQ                Binder.clearCallingIdentity();        final long ident = Binder.clearCallingIdentity();        // 开始循环        while (true) {            Message msg = queue.next(); // 取出message            if (msg != null) {                if (msg.target == null) {                    // message没有target为结束信号，退出循环                    return;                }                // 日志                if (me.mLogging!= null) me.mLogging.println(                        ">>>>> Dispatching to " + msg.target + " "                        + msg.callback + ": " + msg.what                        );                // 非常重要！将真正的处理工作交给message的target，即后面要讲的handler                msg.target.dispatchMessage(msg);                // 日志                if (me.mLogging!= null) me.mLogging.println(                        "<<<<< Finished to    " + msg.target + " "                        + msg.callback);                                final long newIdent = Binder.clearCallingIdentity();                if (ident != newIdent) {                    Log.wtf("Looper", "Thread identity changed from 0x"                            + Long.toHexString(ident) + " to 0x"                            + Long.toHexString(newIdent) + " while dispatching to "                            + msg.target.getClass().getName() + " "                            + msg.callback + " what=" + msg.what);                }                // 回收message资源                msg.recycle();            }        }    }

 

  除了prepare()和loop()方法，Looper类还提供了一些有用的方法，比如Looper.myLooper()得到当前线程looper对象：

    public static final Looper myLooper() {        // 在任意线程调用Looper.myLooper()返回的都是那个线程的looper        return (Looper)sThreadLocal.get();    }

  getThread()得到looper对象所属线程：

 

    public Thread getThread() {        return mThread;    }

  quit()方法结束looper循环：

    public void quit() {        // 创建一个空的message，它的target为NULL，表示结束循环消息        Message msg = Message.obtain();        // 发出消息        mQueue.enqueueMessage(msg, 0);    }

 

综上，Looper有以下几个要点：

1）每个线程有且只能有一个Looper对象，它是一个ThreadLocal

2）Looper内部有一个消息队列，loop()方法调用后线程开始不断从队列中取出消息执行

3）Looper使一个线程变成Looper线程。

那么，我们如何操作Message Queue上的消息呢？这就是Handler的用处了

 

3. 消息操作类：Handler类

  Message对象封装了所有的消息，而这些消息的操作需要android.os.Handler类完成。什么是handler？handler起到了处理MQ上的消息的作用（只处理由自己发出的消息），即通知MQ它要执行一个任务(sendMessage)，并在loop到自己的时候执行该任务(handleMessage)，整个过程是异步的。handler创建时会关联一个looper，默认的构造方法将关联当前线程的looper，不过这也是可以set的。默认的构造方法：

public class handler {    final MessageQueue mQueue;  // 关联的MQ    final Looper mLooper;  // 关联的looper    final Callback mCallback;     // 其他属性    public Handler() {        if (FIND_POTENTIAL_LEAKS) {            final Class<? extends Handler> klass = getClass();            if ((klass.isAnonymousClass() || klass.isMemberClass() || klass.isLocalClass()) &&                    (klass.getModifiers() & Modifier.STATIC) == 0) {                Log.w(TAG, "The following Handler class should be static or leaks might occur: " + klass.getCanonicalName());            }        }        // 默认将关联当前线程的looper        mLooper = Looper.myLooper();        // looper不能为空，即该默认的构造方法只能在looper线程中使用        if (mLooper == null) {            throw new RuntimeException(                "Can't create handler inside thread that has not called Looper.prepare()");        }        // 重要！！！直接把关联looper的MQ作为自己的MQ，因此它的消息将发送到关联looper的MQ上        mQueue = mLooper.mQueue;        mCallback = null;    }        // 其他方法}

  下面我们就可以为之前的LooperThread类加入Handler：

public class LooperThread extends Thread {    private Handler handler1;    private Handler handler2;    @Override    public void run() {        // 将当前线程初始化为Looper线程        Looper.prepare();                // 实例化两个handler        handler1 = new Handler();        handler2 = new Handler();                // 开始循环处理消息队列        Looper.loop();    }}

加入handler后的效果如下图：

  可以看到，一个线程可以有多个Handler，但是只能有一个Looper！

Handler发送消息

有了handler之后，我们就可以使用

 post(Runnable)

 postAtTime(Runnable, long)

 postDelayed(Runnable, long)

 sendEmptyMessage(int)

sendMessage(Message)

sendMessageAtTime(Message, long)

sendMessageDelayed(Message, long)

  这些方法向MQ上发送消息了。光看这些API你可能会觉得handler能发两种消息，一种是Runnable对象，一种是message对象，这是直观的理解，但其实post发出的Runnable对象最后都被封装成message对象了，见源码：

    // 此方法用于向关联的MQ上发送Runnable对象，它的run方法将在handler关联的looper线程中执行    public final boolean post(Runnable r)    {       // 注意getPostMessage(r)将runnable封装成message       return  sendMessageDelayed(getPostMessage(r), 0);    }    private final Message getPostMessage(Runnable r) {        Message m = Message.obtain();  //得到空的message        m.callback = r;  //将runnable设为message的callback，        return m;    }    public boolean sendMessageAtTime(Message msg, long uptimeMillis)    {        boolean sent = false;        MessageQueue queue = mQueue;        if (queue != null) {            msg.target = this;  // message的target必须设为该handler！            sent = queue.enqueueMessage(msg, uptimeMillis);        }        else {            RuntimeException e = new RuntimeException(                this + " sendMessageAtTime() called with no mQueue");            Log.w("Looper", e.getMessage(), e);        }        return sent;    }

通过handler发出的message有如下特点：

1.message.target为该handler对象，这确保了looper执行到该message时能找到处理它的handler，即loop()方法中的关键代码

msg.target.dispatchMessage(msg);

2.post发出的message，其callback为Runnable对象

Handler处理消息

说完了消息的发送，再来看下handler如何处理消息。消息的处理是通过核心方法dispatchMessage(Message msg)与钩子方法handleMessage(Message msg)

完成的，见源码

          dispatchMessage(Message msg) {         (msg.callback != ) {                        handleCallback(msg);        }  {                         (mCallback != ) {                                  (mCallback.handleMessage(msg)) {                    ;                }            }                        handleMessage(msg);        }    }               handleCallback(Message message) {        message.callback.run();      }          handleMessage(Message msg) {    }

  可以看到，除了handleMessage(Message msg)和Runnable对象的run方法由开发者实现外（实现具体逻辑），handler的内部工作机制对开发者是透明的。Handler拥有下面两个重要的特点：

1)handler可以在任意线程发送消息，这些消息会被添加到关联的MQ上

2)消息的处理是通过核心方法dispatchMessage(Message msg)与钩子方法handleMessage(Message msg)完成的，handler是在它关联的looper线程中处理消息的。

  这就解决了android最经典的不能在其他非主线程中更新UI的问题。android的主线程也是一个looper线程(looper在android中运用很广)，我们在其中创建的handler默认将关联主线程MQ。因此，利用handler的一个solution就是在activity中创建handler并将其引用传递给worker thread，worker thread执行完任务后使用handler发送消息通知activity更新UI。(过程如图)

 

下面给出sample代码，仅供参考：

  TestDriverActivity  Activity {     TextView textview;        @Override      onCreate(Bundle savedInstanceState) {        .onCreate(savedInstanceState);        setContentView(R.layout.main);        textview = (TextView) findViewById(R.id.textview);                Thread workerThread =  Thread( SampleTask( MyHandler()));        workerThread.start();    }          appendText(String msg) {        textview.setText(textview.getText() + "\n" + msg);    }         MyHandler  Handler {        @Override          handleMessage(Message msg) {            String result = msg.getData().getString("message");                        appendText(result);        }    }}

  SampleTask  Runnable {       String TAG = SampleTask..getSimpleName();    Handler handler;         SampleTask(Handler handler) {        ();        .handler = handler;    }    @Override      run() {         {              Thread.sleep(5000);                        Message msg = prepareMessage("task completed!");                        handler.sendMessage(msg);        }  (InterruptedException e) {            Log.d(TAG, "interrupted!");        }    }     Message prepareMessage(String str) {        Message result = handler.obtainMessage();        Bundle data =  Bundle();        data.putString("message", str);        result.setData(data);         result;    }}